DE3851668T3

DE3851668T3 - Zusammengesetzte supraleitende Schicht.

Info

Publication number: DE3851668T3
Application number: DE3851668T
Authority: DE
Inventors: Hideaki Neyagawa-Shi Adachi; Shinichiro Hirakata-Shi Hatta; Hidetaka Matsubura-Shi Higashino; Kumiko Moriguchi-Shi Hirochi
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1987-07-24
Filing date: 1988-07-22
Publication date: 1999-03-04
Anticipated expiration: 2008-07-23
Also published as: DE3851668D1; EP0300499B1; EP0300499A3; US5998337A; EP0300499B2; USRE36814E; DE3851668T2; US5661112A; EP0300499A2

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Diese Erfindung betrifft einen Supraleiter, insbesondere einen Supraleiter in Form eines Verbundfilms.
Binäre (Zwei-Element)-Verbindungen vom A-15-Typ, wie etwa Niobnitrid (NbN) und Niobgermanid (Nb&sub3;Ge) waren als Supraleiter mit hohem Tc-Wert bekannt, aber die Supraleitfähigkeits-Übergangstemperatur dieser Materialien betrug höchstens nur etwa 24 K. Es wurde erwartet, daß ternäre (Drei-Element)-Verbindungen vom Peroviskit-Typ eine höhere Übergangstemperatur zeigen und ein Ba-La-Cu-O- Hochtemperatur-Supraleiter wurde vorgeschlagen (J. B. Bendorz und KA. Müller, Zeitschrift für Physik B-Condensed Matter, 64, 189-193, 1986).
Vor kurzem wurde berichtet, daß Verbindungen vom Y-Ba-Cu-O-Typ Supraleiter bilden könnten, die eine noch höhere Übergangstemperatur aufweisen, als die bekannten Supraleiter (M. K Wu et al., Physical Review Letters, Bd. 58, Nr. 9, 908-910, 1987).
Der Supraleitungsmechanismus dieser Materialien vom Y-Ba-Cu-O-Typ ist bislang noch nicht genau bekannt, aber es gibt die Möglichkeit, daß diese Materialien jeweils Übergangstemperaturen besitzen könnten, die höher sind als die Temperatur von flüssigem Stickstoff, und es wird erwartet, daß derartige Verbindungen als Hochtemperatur-Supraleiter nützlichere Eigenschaften zeigen könnten als die herkömmlichen binären Verbindungen.
In jüngster Zeit wurden die höhere Übergangstemperaturen aufweisenden supraleitenden Materialien aus dem Bi-Sr-Ca-Cu-O-System (H. Maeda et al., Japanese Journal of Applied Physics, 27, 1988, L209) und aus dem Tl-Ba-Ca-Cu-O-System (Z. Z. Sheng et al., Nature, 332, 1988, L139) entdeckt, die beide Übergangstemperaturen von mehr als 120 K besitzen.
Mit den derzeitigen technischen Möglichkeiten können diese Oxid-Supraleitermaterialien jedoch lediglich mittels eines Sinterverfahrens hergestellt werden, so daß diese supraleitenden Materialien lediglich in Form von Pulvern oder Keramikblöcken erhältlich sind. Für die praktische Anwendung von Materialien dieser Art ist es äußerst wünschenswert, daß sie in Form eines Films oder Drahts ausgebildet sind. Einige diesbezügliche Vorschläge sind beschrieben in: Japanese Journal of Applied Physics, Bd. 26, Nr. 5, Mai 1987, EP 0 291 044 A2, EP 0 292 126 A2, EP 0 287 258 A1, EP 0 283 313 A3, EP 0 290 127 A1, EP 0 292 125 A1, wobei die letzten sechs Dokumente lediglich unter Art. 54(3) EPÜ zitiert werden, und Physical Review B, Bd. 35, Nr. 16, 1. Juni 1987. Mit der herkömmlichen Technik war jedoch der Erhalt eines gewünschten Films oder Drahts aus diesen Materialien äußerst schwierig aufgrund der schlechten Reproduzierbarkeit und einem Mangel hinsichtlich der Zuverlässigkeit ihrer Supraleitfähigkeitseigenschaften, wenn diese Materialien als Film oder Draht hergestellt werden.
Die Erfinder haben herausgefunden, daß es möglich ist, aus diesen Materialien einen Hochtemperatursupraleiterflim zu bilden, der die Eigenschaften dieser Materialien beibehält, durch Anwenden von Filmherstellungstechniken, z. B. Sputtern, und zusätzlichem Anwenden eines neuen Konzeptes für die Grenzflächenstruktur des Supraleiterfilm. Auf Grundlage dieser Erkenntnis und durch weiteres Ausbilden des Filmsubstrats nach einheitlichen Vorstellungen waren die Erfinder erfolgreich bei der Schaffung einer neuen Supraleiterfilmstruktur.

KURZBESCHREIBUNG DER ERFINDUNG

Der erfindungsgemäße Supraleiter umfaßt einen Oxidfilm, der auf einem auf dem Substrat gebildeten Metallfilm abgeschieden ist, wobei der Oxidfilm durch ein Sputterablagerungsverfahren abgelagert ist, welches eine gesinterte A-B-Cu-O-Keramik als Sputtertarget verwendet, und aus einem Oxid besteht, welches A, B und Cu enthält und eine ternäre (Drei-Element)- oder quarternäre (Vier-Element)-Verbindung mit einem der folgenden Beziehung genügenden Elementverhältnis ist:
wobei A zumindest ein aus der aus Tl, Bi, Pb, Sc, Y und Lantanidenelementen (Ordnungszahl: 57-71) bestehenden Gruppe ausgewähltes Element ist und B zumindest ein aus der aus Ba, Sr, Ca, Be, Mg und Radium bestehenden Gruppe ausgewähltes Element ist, wobei der Metallfilm aus einem Material hergestellt ist, daß zumindest ein aus der aus Pt, Pd, Ni und Ti bestehenden Gruppe ausgewähltes Übergangselement enthält, mit Ausnahme einer Supraleiterschicht mit einem BiSrCaCuO oder einem TlCaBaCuO-Oxidfilm, der auf einem auf einem Substrat gebildeten Metallfilm abgeschieden ist.
Der erfindungsgemäße Supraleiter ist im wesentlichen dadurch gekennzeichnet, daß ein Supraleiterflim auf einem metallischen Pufferfilm gebildet ist. Der Supraleiterflim wird hergestellt aus dem Sputtertarget, das durch Aufbrechen seines Rohmaterials in ein sehr feines Pulver hergestellt ist, und Abschneiden eines derartigen pulvrigen Targets auf ein Substrat, so daß die Zusammensetzung des gebildeten Supraleiterfilms im wesentlichen homogen ist, verglichen mit den herkömmlichen, gesinterten Materialien. Auch der Supraleiterflim wird homogen abgeschieden und wird zu einem dichten und flachen Film auf dem Metallfilm. Daher kann mit dieser Erfindung nicht nur ein qualitativ außergewöhnlich hochwertiger Supraleiter verwirklicht werden, sondern auch die potentielle Anzahl verwendbarer Substrate erhöht werden, was es möglich macht, eine Filmstruktur zu erhalten, welche zur Verwirklichung verschiedenartiger Typen von supraleitende Filme verwendenden Supraleitervorrichtungen geeignet ist.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG

Fig. 1 ist eine den Aufbau eines Substrats für einen Supraleiter gemäß einer Ausführungsform dieser Erfindung darstellende Schnittansicht.
Fig. 2 ist eine die mittels SEM-Photographie (10.000-fache Vergrößerung) beobachtete Oberflächenmorphologie dieses Supraleiters darstellende Ansicht.
Fig. 3 ist eine der Fig. 1 ähnliche Ansicht der Supraleiteroberfläche, wenn kein Pt-Film abgeschieden wurde.
Fig. 4 ist eine einen Supraleiter auf einem glasbeschichteten Substrat darstellende Schnittansicht.
Fig. 5 ist eine den Aufbau eines Supraleiters auf einem amorphen Substrat darstellende Schnittansicht.
Fig. 6 ist ein Graph, welcher die Stromdichte in einem direkt auf einem Saphirsubstrat gebildeten Film im Vergleich zu der in einem auf einem Pt-beschichteten Substrat gebildeten Films darstellt.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG

Bezugnehmend auf Fig. 1 wird ein ternärer oder quarternärer Verbindungsfilm 13 mittels Sputtern auf einem auf der Oberfläche eines Substrats 11 gebildeten Metallfilm abgeschieden. Das Substrat 11 ist zum Festhalten des Supraleiter-Verbindungsfilms 13 konstruiert. Dieser Verbindungsfilm 13 wird üblicherweise bei einer hohen Temperatur in der Größenordnung von 700ºC gebildet. Wenn ein ternärer Verbindungsfilm direkt, ohne Pufferlage in Form eines Metallfilms 12 auf einem Substrat 11 gebildet wurde, zeigte der supraleitende Film eine in Fig. 3 dargestellte Oberflächenmorphologie, d. h. er wurde zu einer mikrokristallinen Platte und befand sich in einem Zustand mit willkürlicher Ausrichtung. Dieser Film zeigte bei der Supraleitung einen geringen kritischen Strom, aufgrund der Leerstellenrate eine hohe Hygroskopizität, eine minderwertige Zuverlässigkeit, mit einer aufgerauhten Oberfläche und es war nicht möglich, ihn einer Mikrofabrikation, wie etwa einem Photoätzvorgang zu unterziehen.
Wenn der Metallfilm 12 an der Grenzfläche zwischen dem Substrat 11 und einem Film 13 aus einer ternären Verbindung, wie etwa YBaCuO gebildet wurde, wurde ein in Fig. 2 dargestellter gleichmäßiger Oberflächenzustand erhalten. Wie aus der Oberflächenmorphologie ersichtlich, befand sich der Film 13 in einem dichten Zustand und seine Morphologie und die kritische Stromdichte wurde verglichen mit dem in Fig. 3 dargestellten Film etwa um das 10-fache verbessert. Die Ergebnisse sind graphisch in Fig. 6 dargestellt. Die Erfinder haben ebenfalls die Erhöhung der Temperatur, bei der ein Widerstand von Null beobachtet wird, von 73 K auf 88 K, sowie eine deutliche Verbesserung der Filmqualität bestätigt. Daher hat das Einfügen des Metallfilms 12 auch eine merkbare Wirkung hinsichtlich der Verbesserung der verschiedenartigen Supraleitfähigkeitseigenschaften hervorgerufen.
Als Ergebnis ihrer Studien hinsichtlich der Materialien des in Fig. 1 dargestellten Metallfilms 12 haben die Erfinder herausgefunden, daß Ni, Pd, Pt und Ti wirksam sind, wobei Pd die beste Wahl ist. Es konnte jedoch kein gewünschter Film auf einer Mo-, Ta- oder Cu-Oberfläche gebildet werden.
Unter den vorstehend erwähnten Substraten gibt es einige, auf denen die Bildung eines Metallfilms mittels Sputtern schwierig ist. In einem derartigen Fall wird zunächst eine Glasbeschichtung 14 auf dem Substrat 11 gebildet und dann wird darauf ein Metallfilm 12 gebildet, gefolgt von der Abscheidung eines supraleitenden Oxidlilms auf diesem bei einer hohen Temperatur von etwa 700ºC, wie in Fig. 4 dargestellt. Quarzglas, Glas mit hohem Siliziumoxidgehalt, Borsilikatglas, Natrium-Kalzium Oxidglas und Oxinitridglas konnten für eine derartige Glasbeschichtung wirksam verwendet werden.
Die Erfinder haben ebenfalls herausgefunden, daß für das Substrat 11 nach Fig. 1 zum Erhalt seiner besten Funktion bestimmte Materialien vorteilhaft eingesetzt werden konnten.
Ein Einkristallsubstrat wird auf wirksame Weise zum Bilden eines hochkristallinen, ternären oder quarternären Oxidverbindungsfilms 13 auf der Oberfläche eines auf dem Substrat 11 geschaffenen Metallfilms 12 eingesetzt. Als Ergebnis ihrer Nachforschungen hinsichtlich der zum Bilden eines einen ternären Oxidverbindungsfilms umfassenden Supraleiters wirksamen Substratmaterials haben die Erfinder bestätigt, daß Einkristalle aus Magnesiumoxid (MgO), Saphir (α-Al&sub2;O&sub3;), Spinel, Strontiumtitanat (SrTiO&sub3;), Silizium (Si), Siliziumverbindungen, Galliumarsenid usw. als Substratmaterial wirksam sind. Das war eine ziemlich überraschende Entdeckung. Die Dicke des Metallfilms liegt üblicherweise im Bereich von wenigen bis einigen hundert Nanometern (einigen zehn bis einigen tausend Ångström), so daß es aus dem gewöhnlichen Wissen nicht ableitbar war, daß der ternäre Verbindungsfilm von der Kristallinität des darunterliegenden Substrats beeinflußt wird.
Die Kristallstruktur und die chemische Zusammensetzung der erfindungsgemäßen A-B-Cu-O-Supraleiter sind bislang nicht definitiv bekannt, aber die Analysen zeigen, daß sie eine Sauerstoff-Defekt-Perovskit-Struktur besitzt. Die Erfinder haben bestätigt, daß das Supraleitungsphänomen im Film beobachtet wird, wenn das Elementverhältnis im hergestellten Film im Bereich
liegt, obwohl es geringfügige Unterschiede hinsichtlich der Sprungtemperatur gibt.
Bei der Sputterabscheidung wird eine gesinterte A-B-Cu-O-Keramik als Target verwendet, aber im Fall einer Substrattemperatur von 700ºC wird eine Neigung beobachtet, daß der hergestellte Film einen Mangel an Cu aufweist, verglichen mit den Metallbestandteilen des Targets. Die Erfinder haben jedoch bestätigt, daß dieser Mangel durch Zugabe einer etwa 50% Überschußmenge an Cu in das Target behoben werden kann. Aus dem obigen wurde ermittelt, daß die Targetzusammensetzung definiert sein sollte durch
was in den optimalen Zusammensetzungsbereich des Films fällt. Wenn die Targetzusammensetzung in dem Bereich liegt, kann die gewünschte Sputterabscheidung erreicht werden, nicht nur wenn das Target eine plattenartige, zylindrische oder faserartige Keramik ist, sondern auch wenn es in Form gesinterter Teilchen oder Pulver vorliegt. In dem Fall, in dem das Target in pulvriger Form vorliegt, wird das Pulver beispielsweise in einen Tiegel aus rostfreiem Stahl gegeben. Im Fall der Verwendung eines faserartigen Substrats ist die Verwendung von Glasfasern, Kohlefasern, oder Niob, Titan, Tantal und/oder rostfreien Stahl aufweisenden Fasern aus einer wärmebeständigen Legierung wirksam.
Die Erfinder haben bestätigt, daß bei der Herstellung derartiger Supraleiter in einer gewünschten Form, beispielsweise in einer Zylinderform, die Verwendung sogenannten gesinterten Porzellans als metallbeschichtetes Substrat wirksamer ist als die Verwendung von Einkristallen, und sie haben die am besten geeigneten Porzellanmaterialien herausgefunden. Das bedeutet, die Erfinder haben bestätigt, daß Aluminiumoxid, Magnesiumoxid, Zirkoniumoxid, Steatit, Forsterit, Berylliumoxid, Spinel und dergleichen am besten geeignet sind zur Verwendung als metallbeschichtetes Porzellansubstrat, wobei diese Materialien hinsichtlich der Bearbeitbarkeit und Anpaßbarkeit zur Bildung eines Substrats 11 für den Supraleiterfilm 12 herausragend sind. In diesem Fall reicht es aus, wenn zumindest die Oberfläche des Substrats aus Porzellanmaterial zusammengesetzt ist, wie im Fall von Einkristallen.
Als Ergebnis genauerer Untersuchungen hinsichtlich der Wirksamkeit derartiger kristalliner Substrate haben die Erfinder herausgefunden, daß es eine bevorzugte Ausrichtung der Kristallorientierung derartiger Kristallsubstrate gibt. Es wurde entdeckt, daß im Fall der Verwendung von Einkristallen aus Saphir als Substrat die Integration des erfindungsgemäßen supraleitenden Films in eine Siliziumvorrichtung mit einer SOS (Silizium-auf-Saphir)-Struktur durch heteroepitaktisches Aufwachsen eines (100)-Si-Films auf die R-Ebene möglich ist. Die Erfinder haben ebenfalls bestätigt, daß im Fall einer C-Ebene eines a-Ebenen Saphirs die Integration einer SOS-Siliziumvorrichtung möglich ist durch heteroepitaktisches Aufwachsen eines (111)-Si-Films auf den Ebenen.
Von den Erfindern wurde ferner bestätigt, daß im Fall eines C-Ebenen Saphir-Einkristallsubstrats die Integration eines erfindungsgemäßen Supraleiters mit einer laminaren Struktur mit einer III-V-Halbleitervorrichtung durch heteroepitaktisches Aufwachsen eines III-V-Gruppen-Halbleiterfilms, wie etwa eines (111)-GaAs-Films, eines (001)-GaN-Films oder eines (111)-GaP-Films auf dem Substrat möglich ist. Das zeigt die praktische Anwendbarkeit der erfindungsgemäßen Supraleiter zum Verdrahten von Ultrahochgeschwindigkeits-GaAs-Vorrichtungen an. Die Erfinder haben ebenfalls bestätigt, daß im Fall eines Spinel-Einkristallsubstrats die Integration des erfindungsgemäßen Supraleiters mit einer Si- oder einer GaAs-Vorrichtung auf die gleiche Weise möglich ist wie im Fall der Verwendung eines Saphir-Einkristallsubstrats durch heteroepitaktisches Aufwachsen eines (100)-Si-Films oder eines (111)-GaAs-Films auf die Substratoberfläche unter Verwendung des (100)-Ebenen-Spinels.
Es wurde ferner sichergestellt, daß im Fall der Verwendung eines (110)-Ebenen-Spinelsubstrats die Integration mit einer Si- oder GaAs-Vorrichtung durch Bewirken des heteroepitaktischen Aufwachsens eines (110)-Si-Films oder eines (100)-GaAs-Films auf der Substratoberfläche möglich ist. Die Erfinder offenbarten ebenfalls, daß im Fall eines SrTiO&sub3;-Einkristallsubstrats der aufgewachsene Supraleiterfilm eine ausgezeichnete Kristallinität besitzt, wenn die (100)-Ebene als Substrat verwendet wird.
Dann wurde ein Supraleiterflim unter Einsatz des metallischen Pufferfilms auf einem metallischen Festkörper gebildet.
Bezugnehmend auf Fig. 5 wird ein Verbindungsfilm 13 mittels Sputtern auf einem auf der Oberfläche eines amorphen Substrats 15 gebildeten Metallfilm 12 abgeschieden. In diesem Fall dient das Substrat 15 zum Festhalten des supraleitenden Verbindungsfilms 13. Dieser Film 13 wird üblicherweise bei einer hohen Temperatur von 700ºC abgeschieden. Wenn der Verbindungsfilm direkt ohne Zwischenschaltung eines Metallfilms 12 auf dem amorphen Substrat 15 abgeschieden wurde, wurde die starke Haftung am Substrat verloren und der elektrische Widerstand stieg die Supraleitungseigenschaften zerstörend übermäßig an. Wenn der Metallfilm 12 zwischen das Substrat 15 und den Dreielement-Verbindungsfilm zwischengeschaltet wurde, nahm die Oberfläche einen dichten Zustand an, wie in Fig. 2 dargestellt, und ein guter supraleitender Film 13 wurde erhalten.
Die Erfinder haben herausgefunden, daß amorphe Substanzen, wie etwa Quarzglas, Pyrex, amorphes Silizium, als Substrat 15 in Fig. 5 wirksam sind.
Zum besseren Verständnis des Gegenstands dieser Erfindung wird diese nachstehend unter Bezugnahme auf die Ausführungsformen konkreter beschrieben.

AUSFÜHRUNGSFORMEN

Unter Verwendung einer Saphir-Einkristall-R-Ebene als Substrat 11 und einer Pt-Platte als Target wurde ein Pt-Film 12 mittels DC-Planarmagnetronsputterns auf dem Substrat abgeschieden, wie in Fig. 1 dargestellt. Die Abscheidung wurde mit einer Sputterleistung von 300 V · 30 mA unter Verwendung eines Ar-Gases mit einem Druck von 8 Pa und unter Beibehaltung einer Substrattemperatur im Bereich zwischen 250 und 500ºC ausgeführt zur Ausbildung eines Films mit der Dicke von 0,1 um. Dieser Pt-Film war polykristallin. Auf diesem Pt-Film 12 wurde mittels Hochfrequenz- Planarmagnetronsputterns unter Verwendung von gesintertem ErBa&sub2;Cu&sub4; · &sub5;O&sub8; als Target ein Verbindungsfilm 13 abgeschieden. Diese Sputterabscheidung des Verbindungsfilms 13 wurde unter einem Ar-Gasdruck von 0,5 Pa bei einer Sputterleistung von 150 W über einen Zeitraum von einer Stunde unter Beibehaltung der Substrattemperatur von 700ºC ausgeführt zur Ausbildung eines Films mit einer Dicke von 0,5 um.
Dieser Film zeigte einen Raumtemperaturwiderstand von 600 Ω und eine Supraleitfähigkeitübergangstemperatur von 88 K.
Die Filmbildung auf einem glasbeschichteten Substrat wird nachstehend unter Bezugnahme auf Fig. 4 beschrieben.
Als Substrat 11 wurde eine mit wärmeoxidiertem Silizium zur Bildung einer 100 nm (1000 A) dicken Glasbeschichtung 14 beschichtete Silizium-Einkristall-(111)-Ebene benutzt. Unter Verwendung einer Pt-Platte als Target wurde ein Pt-Film 12 mittels DC-Planarmagnetronsputtern auf der Glasbeschichtung 14 abgeschieden unter den folgenden Bedingungen: Ar-Gasdruck: 8 Pa, Sputterleistung: 300 V · 30 mA, Substrattemperatur: 250-500ºC, Filmdicke: 0,1 um. Dieser Pt-Film hatte eine polykristalline Struktur. Auf diesem Pt-Film 12 wurde ein aus einer Drei-Element- Verbindung bestehender supraleitender Film 13 mittels Hochfrequenz-Planarmagnetronsputterns unter Verwendung eines gesinderten ErBa&sub2;Cu&sub4; · &sub5;O&sub5; Targets abgeschieden. Diese Abscheidung wurde ausgeführt unter einem Ar-Gasdruck von 0,5 Pa bei einer Sputterleistung von 150 W über einen Zeitraum von einer Stunde unter Beibehaltung einer Substrattemperatur von 700ºC zur Bildung eines Films mit einer Dicke von 0,5 um. Der auf diese Weise gebildete supraleitende Film zeigte einen Raumtemperaturwiderstand von 600 Ω und eine Supraleitfahigkeitübergangstemperatur von 88 K.
Nachstehend wird eine weitere Ausführungsform dieser Erfindung beschrieben, in der ein supraleitender Film auf einem amorphen Substrat gebildet wurde.
Wie in Fig. 5 dargestellt, wurde ein Pt-Film 12 auf einem Quarzglassubstrat 15 mittels DC-Planarmagnetronsputtern unter Verwendung eines Pt-Platten-Targets abgeschieden. Das Sputtern wurde ausgeführt in einem Argongas mit einem Druck von 8 Pa bei einer Sputterleistung von 300 V · 30 mA unter Beibehaltung der Substrattemperatur im Bereich zwischen 250 und 600ºC zur Bildung eines Films mit einer Dicke von 0,1 um. Dieser Pt-Film war polykristallin. Auf diesem Pt-Film wurde ein Verbindungsfilm 13 abgeschieden mittels Hochfrequenz-Planarmagnetronsputtern mit einem gesinterten ErBa&sub2;Cu&sub4; · &sub5;O&sub8;-Target unter den folgenden Bedingungen: Ar-Gasdruck: 0,5 Pa, Sputterleistung: 150 W, Sputterdauer: 2 Stunden, Substrattemperatur: 700ºC, Filmdicke: 0,5 um.
Dieser auf diese Weise erhaltene supraleitende Film zeigte einen Raumtemperaturwiderstand von 30 Ω und eine Supraleitfähigkeitübergangstemperatur von 90 K.
Wie vorstehend beschrieben ist der erfindungsgemäße Supraleiter dadurch gekennzeichnet, daß ein supraleitender Verbindungsfilm gebildet wird, und zwar auf einem Metallfilm, der aus einem mindestens einem Übergangsmetall ausgewählt aus Pt, Pd, Ni und Ti enthaltenden Material hergestellt ist. Der supraleitende Verbindungsfilm wird gebildet, indem zunächst das supraleitende Grundmaterial in einen Zustand sehr feiner Teilchen aufgebrochen wird, was "atomarer Zustand" genannt wird, und durch Abscheiden eines derartigen feinteiligen Materials auf ein Substrat, so daß die Zusammensetzung des so gebildeten Supraleiters im wesentlichen homogen ist, verglichen mit derjenigen herkömmlicher gesinterter Produkte. Daher wird mit dieser Erfindung ein Supraleiter mit einer außergewöhnlich hohen Qualität verwirklicht.
Wie vorstehend beschrieben ist es erfindungsgemäß möglich, einen supraleitenden Film zu bilden, der in seiner gesamten Struktur dicht ist und auch hinsichtlich der kritischen Stromdichte verbessert ist. Ferner kann der erfindungsgemäße supraleitende Film integriert werden mit verschiedenen elektronischen Vorrichtungen, wie etwa Si- und GaAs-Vorrichtungen, und ist auch einsetzbar als Schlüsselmaterial für verschiedenartige supraleitende Vorrichtungen, wie etwa Josephson-Elemente. Es ist insbesondere anzumerken, daß es die Möglichkeit gibt, daß die Sprungtemperatur derartiger Verbindungssupraleiter bis auf Raumtemperatur erhöht werden kann. Diese Erfindung kann daher den Anwendungsbereich von Supraleitern ausdehnen und ist folglich von hohem industriellen Wert.
Diese Erfindung kann durch Einarbeiten eines Metallfilms die Anzahl der für Supraleiter einsetzbaren Substrattypen erhöhen und ermöglicht die Bildung eines qualitativ hochwertigen supraleitenden Films mit einer hohen kritischen Temperatur und einer hohen kritischen Stromdichte auf derartigen Substraten. Daher leistet diese Erfindung einen großen Beitrag zur Verwirklichung verschiedenartiger supraleitender Vorrichtungen.

Claims

1. Verbundschichtsupraleiter, aufweisend einen Oxidfilm (13), der auf einem auf einem Substrat (11) gebildeten Metallfilm (12) abgeschieden ist, wobei der Oxidfilm durch ein Sputterablagerungsverfahren unter Verwendung einer gesinterten A-B-Cu-O Keramik als Sputtertarget abgelagert ist und aus einem Oxid besteht, das A, B und Cu enthält, und das Molverhältnis der Elemente bestimmt ist durch

vorausgesetzt, daß A zumindest ein aus der aus Tl, Bi, Pb, Sc, Y und Lanthanidenelementen mit einer Ordnungszahl im Bereich von 57 bis 71 bestehenden Gruppe ausgewähltes Element ist und B zumindest ein aus der aus Ba, Sr, Ca, Be, Mg und Radium bestellenden Gruppe ausgewähltes Element ist, wobei der Metallfilm aus einem Material hergestellt ist, das zumindest ein aus der aus Pt, Pd, Ni und Ti bestehenden Gruppe ausgewähltes Übergangsmetallelement enthält, mit Ausnahme einer Supraleiterschicht mit einem BiSrCaCuO oder einem TlCaBaCuO Oxidfilm, der auf einem auf einem Substrat gebildeten Metallfilm abgeschieden ist.

2. Verbundschichtsupraleiter nach Anspruch 1, bei dem ein zusätzlicher Metallfilm auf dem Oxidfilm gebildet ist oder die Oxidfilme und Metallfilme zur Bildung einer mehrschichtigen Struktur abwechselnd laminiert sind.

3. Verbundschichtsupraleiter nach einem der Ansprüche 1 bis 2, bei dem die Oberfläche des Substrats (11) mit einem Glasfilm (14) beschichtet ist.

4. Verbundschichtsupraleiter nach Anspruch 3, verwenden d ein mit einem Glasfilm (14) beschichtetes Substrat, wobei der Glasfilm aus zumindest einer aus der aus Quarzglas, Glas mit hohem Siliciumoxidgehalt, Borsilikatglas, Natrium-Calciumoxidglas und Oxynitridglas bestehenden Gruppe ausgewählten Substanz gebildet ist.

5. Verbundschichtsupraleiter nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem das Substrat (11) aus zumindest einem Einkristallmaterial ausgewählt aus MgO, Saphir (α-Al&sub2;O&sub3;), Spinell, SrTiO&sub3;, Silicium, Siliciumverbindungen, GaAs und Ferrit gebildet ist.

6. Verbundschichtsupraleiter nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem das Substrat (11) aus zumindest einem Porzellanmaterial ausgewählt aus Aluminiumoxid MgO, ZrO&sub2;, Steatit, Forsterit, Beryllium und Spinell gebildet ist.

7. Verbundschichtsupraleiter nach Anspruch 3, verwendend ein Einkristall-(100)-Ebenen- oder (110)-Ebenen-MgO-Substrat (11).

8. Verbundschichtsupraleiter nach Anspruch 3 oder 4, verwendend ein Einkristall-R-Ebenen-Saphirsubstrat.

9. Verbundschichtsupraleiter nach Anspruch 3 oder 4, verwendend ein Einkristall-C-Ebenen-Saphirsubstrat.

10. Verbundschichtsupraleiter nach Anspruch 3 oder 4, verwendend ein Einkristall a-Ebenen-Saphirsubstrat.

11. Verbundschichtsupraleiter nach Anspruch 3 oder 4, verwendend ein Einkristall (111)-Ebenen-Spinellsubstrat.

12. Verbundschichtsupraleiter nach Anspruch 3 oder 4, verwendend ein Einkristall (110)-Ebenen-Spinellsubstrat.

13. Verbundschichtsupraleiter nach Anspruch 3 oder 4, verwendend ein Einkristall (100)-Ebenen-Spinellsubstrat.

14. Verbundschichtsupraleiter nach Anspruch 3 oder 4, verwendend ein Einkristall (110)-Ebenen- oder (110)-Ebenen-Strontiumtitanatsubstrat.

15. Verbundschichtsupraleiter nach einem der Ansprüche 1 bis 4, verwendend ein Fasersubstrat.

16. Verbundschichtsupraleiter nach Anspruch 15, bei dem das Fasersubstrat gebildet ist aus einer Glasfaser, Kohlefaser oder einer wärmebeständigen Metallfaser, wie etwa > einer Faser aus Nb, Ti, Ta oder rostfreiem Stahl.

17. Verbundschichtsupraleiter nach einem der Ansprüche 1 bis 4, verwendend ein amorphes festes Substrat (15).